结构的极限状态
结构设计原理第2章 结构极限状态计算
规定时间——对结构进行可靠度分析时，结合 结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所 取用的基准时间参数，即设计基准期。我国公 路桥梁结构的设计基准期为100年。 设计基准期≠使用寿命，当结构的使用年限超 过设计基准期时，表明它的失效概率可能增大， 不能保证其目标可靠度，但不等于结构丧失功 能甚至报废。通常使用寿命长，则设计基准期 就长，设计基准期小于寿命期。
R－抗力方面的基本变量组成的综合抗力；
S－作用效应方面的基本变量组成的综合效应。
2.
结构功能函数与可靠、失效、极限状态的对 应关系
Z=R–S>0：结构可靠 Z=R–S<0：结构失效
Z=R–S＝0：结构处于极限状态
结构可靠度设计的目的用功能函数表示，应满足
Z＝g（X1，X2，…，Xn）≥0或Z＝R－S ≥0
f
( )
。
－无量纲系数，称为结构可靠指标。 与
失效概率 Pf 有一一对应关系， 越大， Pf 越 小 ，结构越可靠。(表2-1)
2.1.5 目标可靠指标
定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠 指标。 确定方法：采用“校准法”并结合工程经 验和经济优化原则加以确定。 校准法——根据各基本变量的统计参数和 概率分布类型，运用可靠度的计算方法， 揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确 定目标可靠指标的依据。
采用近似概率极限状态设计法，设 计计算应满足承载能力和正常使用两类 极限状态的各项要求。
2.2.1 三种设计状况
持久状况
桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 作用持续时间很长的状况。对应于桥梁 的使用阶段，必须进行承载能力极限状 态和正常使用极限状态的设计。
短暂状况
桥涵施工过程中承受临时性作用 （或荷载）的状况。对应于桥梁的施工 阶段，一般只进行承载能力极限状态计 算（以计算构件截面应力表达），必维护条件下，在规定 时间内，具有足够的耐久性，如不出现 过大的裂缝宽度，钢筋不锈蚀。（耐久 性）
什么是结构的极限状态
1．什么是结构的极限状态？极限状态可分为哪两类?答：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求。
承载能力极限状态和正常使用极限状态。
2、适筋梁从加载到破坏的全过程中梁截面经历了哪三个阶段？它们各对截面的设计及验算有何意义？答：界面开裂前的阶段、从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段和破坏阶段。
截面抗裂验算是简历在第一阶段的基础之上，构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第二阶段基础之上的，截面的承载力计算是建立在第三阶段的基础上的。
3、受弯构件斜截面承载力计算中，什么是剪跨比？剪跨比与斜截面破坏形态有何联系？答：剪跨比：集中荷载作用下的梁的某一截面的剪跨比等于该截面的弯矩值与截面的剪力值和有效高度乘积之比。
实验证明，承受集中荷载的梁，随着剪跨比的增大，受剪承载力下降。
对于承受均布荷载作用的梁而言，构件跨度与截面高度之比是影响受剪承载力的主要因素。
随着跨高比的增大，受剪承载力降低。
4、偏心受压构件正截面承载力N-M相关曲线的特点？答：ab段表示大偏心受压区，为二次抛物线，随着轴向压力N的增大，截面能承担的弯矩也提高；b点为受拉钢筋与受压混凝土同时达到其强度值的界限状态，此时偏心受压构件承受的弯矩最大。
Bc段为小偏心受压区，接近直线的二次函数曲线，随着轴向压力的增大，截面所能承担的弯矩反而降低。
5、简述混凝土梁裂缝产生的主要原因？为什么要对裂缝宽度进行限制？答：原因分两大类：一类是由荷载引起地裂缝；一类是有变形因素引起的裂缝；裂缝不能过宽，主要考虑到结构的适用性和耐久性。
过宽的裂缝会引起1）渗漏；2）影响外观；3）影响耐久性。
因此需要对裂缝宽度进行控制。
6、混凝土和钢筋之间的粘结力是怎样产生的？答：由于混凝土收缩将钢筋紧紧捏固而产生的摩擦力；混凝土颗粒的化学作用而产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合力；钢筋表面轻微的锈蚀可以增加钢筋与混凝土的粘结力。
结构的极限状态的定义及分类
结构的极限状态的定义及分类结构的极限状态的定义及分类定义结构的极限状态是指在各种外界荷载的作用下，结构所能承受的最大荷载或变形程度。
当结构达到极限状态时，其荷载或变形会超过结构的承载能力，导致结构的失效或损坏。
分类1. 构件的极限状态 - 弯曲极限状态：构件在受到弯矩作用时，由于弯矩超过了构件的承载能力而出现的破坏或失效。
- 拉压极限状态：构件在受到拉力或压力作用时，由于拉力或压力超过了构件的承载能力而出现的破坏或失效。
- 剪切极限状态：构件在受到剪力作用时，由于剪力超过了构件的承载能力而出现的破坏或失效。
- 扭转极限状态：构件在受到扭矩作用时，由于扭矩超过了构件的承载能力而出现的破坏或失效。
2. 系统的极限状态 - 屈曲极限状态：整个结构或构件在受到压力作用时，由于压力超过了其承载能力而出现的整体失稳或局部失效。
- 翻转极限状态：结构在承受水平力或垂直力时，由于力的作用点超过结构的重心而发生倾覆或翻转失效。
- 滑移极限状态：结构在地震等水平力作用下，由于地基的抗滑稳定性不足而出现的结构整体滑移或变形失效。
3. 施工工艺的极限状态 - 坍塌极限状态：施工中的临时支撑结构或脚手架在受到承重时，由于承重超过了其承载能力而导致结构坍塌失效。
- 拆除极限状态：在拆除或爆破作业中，结构在承受拆除荷载或爆破冲击波作用时，由于荷载或冲击波超过了结构的耐受能力而发生的失效。
4. 材料的极限状态 - 破坏极限状态：材料在受到荷载作用时，由于荷载超过了其承载能力而发生破坏或断裂失效。
以上是结构的一些常见的极限状态分类，不同类型的结构在设计和施工过程中需要考虑不同的极限状态，以确保结构的安全性和可靠性。
5. 动力荷载的极限状态•风荷载极限状态：结构在受到风荷载作用时，由于风荷载超过了结构的承载能力而导致结构的破坏或失效。
•地震荷载极限状态：结构在地震作用下，由于地震荷载超过了结构的抗震能力而发生结构的塑性变形、屈服或破坏失效。
结构按极限状态法设计原则
（2）可变作用，指在设计基准期内，其值 随时间变化或变化不可以忽略不计的作用，包 括安装荷载、人群荷载、风、雪，温度变化等。
（3）偶然作用，指在设计基准期内，不一 定出现，一旦出现量值又很大，持续时间很短 的作用，包括地震、爆破、撞击等。
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二、结构的抗力以及功能函数 1、结构抗力R：结构或构件承受作用效应 的能力。 2、作用效应S：作用在结构或构件中引起 的内力和变形。
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1、答：施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也成为荷载）和引起结构 外加变形或约束变形的原因（间接作用），总称为作用。
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2、答：结构的抗力是指结构或结构构件承受作用效应的能力。
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3、答：结构的可靠度是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能 的概率。
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4、答:我们将结构完成预定功能的概率称为可靠概率Ps；而结构不能完成预定功
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• 正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规 定限值。
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采用标准值乘以频遇值系数ψf 表示。
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二、材料性能标准值fk
材料性能标准值是极限状态设计表达式 中所取材料性能的基本代表值。
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由于材料的离散性，同一等级的混凝土 的实际强度并不完全一致，它构成一种分 布——正态分布（如下图），可有两个特征
值——平均值μf 和标准差σf 来确定反映其分
布特性。
概率设计按精确程度可分三个水准： 半概率
近似概率（我国）
全概率
最优失效概率
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第一节 结构的功能要求和极限状态
一、结构的功能要求 （一）结构的安全等级： 根据结构的用途决定。
建筑结构的安全等级
什么是结构的极限状态
1什么是结构的极限状态？答：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能个特定状态就称为该功能的极限状态；2什么是混凝土徐变？答：混凝土在荷载长期作用下，它的应变随时间继续增长的现象称为混凝土的徐变.3换算面积等效矩形应力图的合力大小等于C，形心位置与yc一致的截面4单筋截面只在受拉区布置纵向受力受力钢筋，在受压区不布置任何受力钢筋的界面称为单筋截面5永久荷载永久作用在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用6无条件屈服点取残余应变为0.2%所对应的应力称为条件屈服强度7结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力. 8约束扭转在超静定结构，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，称为约束扭转9单向板单向板——在荷载作用下，只在一个方向弯曲或者主要在一个方向弯曲的板10内力包络图将同一结构在各种荷载的最不利组合作用下的内力图(弯矩图或剪力图>叠画在同一张图上，其外包线所形成的图形称为内力包络图1111什么叫配筋率纵向受拉钢筋与截面有效面积的比值.12什么是钢筋混凝土梁的最小刚度？在简支梁全跨范围内，可按弯矩最大处的截面弯曲刚度，亦即按最小的截面弯曲刚度.13什么是控制应力σcon ?预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值14什么叫“塑性内力重分布”？指超静定结构截面内力间关系不再服从线弹性分布规律的内力分布形式15什么荷载标准组合永久荷载及第一个可变荷载用标准值、其他可变荷载均采用组合值16.混凝土立方体抗压强度以边长为150mm的立方体在20±3˚C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准实验方法测得的具有5%保证率的抗压强度作为混凝土的强度等级17锚固长度进行拔出实验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度18结构上的作用结构上的作用—施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原因.19承载能力极限状态—结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形20塑性铰的概念在钢筋屈服截面，从钢筋屈服到达到极限承载力，截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动，表现得犹如一个能够转动的铰，称为“塑性铰”.21粘结力的定义若钢筋和混凝土有相对变形<滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力22结构的设计使用年限结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期.23荷载组合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，承载能力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷载代表值.24混凝土的收缩与膨胀混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象称为膨胀–混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩b5E2RGbCAP25正常使用极限状态正常使用极限状态——结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值.简答题1正截面受弯承载力计算的基本规定(1> 截面应变保持平面；(2> 不考虑混凝土的抗拉强度；3>混凝土的受压应力-应变关系；4> 钢筋的应力-应变关系，受拉钢筋的极限拉应变取2轴心受压构件短柱与长柱的破坏特点是什么？考虑长细比的影响采取什么措施？短柱破坏特点：不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的承载力最终都有混凝土压碎来控制.在临近破坏是，短柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵向钢筋发生压屈外鼓，成灯笼状，以混凝土压碎而告破坏.受压长柱的破坏特点：破坏是受压一侧产生较长的纵向裂缝，箍筋间的纵向钢筋发生压屈外鼓，混凝土被压碎，而另一侧的混凝土则被拉裂，在构件中部发生横向裂缝.引入稳定系数，减小长细比对构件承载力的影响.3影响钢筋与混凝土粘结强度的因素有哪些？混凝土强度、保护层厚度及钢筋净距、横向钢筋及侧向压力、浇注混凝土时钢筋的位置等.4.矩形截面受弯构件在什么情况下采用双筋截面？其正截面承载力计算公式的适用条件有哪些？1）当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件<或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面p1EanqFDPw2）另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也出现双筋截面DXDiTa9E3d3）此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，在抗震结构中要求框架梁必须必须配置一定比例的受压钢筋当相对受压区高度x ≤xb时，X>=2aRTCrpUDGiT5单层厂房排架计算简图的基本假定有哪些？1）柱下端固结与基础顶面；2）柱顶与屋架或屋面梁铰结；3）横梁刚度EA＝∞.5PCzVD7HxA6混凝土的收缩、徐变对结构有些什么影响？混凝土收缩、徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大的影响，会导致构件变形的增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土构件中会造成预应力的损失.7结构超过正常使用状态的标志有哪些？jLBHrnAILg影响正常使用或外观的变形、影响正常使用或耐久性能的局部损坏、影响正常使用的振动、影响正常使用的其他特定状态.8连续梁活荷载最不利布置的原则1）求某跨跨内最大正弯矩时，应在本跨布置活荷载，然后隔跨布置2）求某跨跨内最大负弯矩时，本跨不布置活荷载，而在其左右邻跨布置，然后隔跨布置3）求某支座最大负弯矩或支座左、右截面最大剪力时，应在该支座左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置.9影响粘结强度的因素混凝土强度混凝土保护层厚度和钢筋净距横向配筋钢筋表面和外形特征受力情况锚固长度10简述斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏的特点斜拉破坏：破坏特点：首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂缝；随即，其中一条弯曲裂缝很快地斜向伸展到梁顶的集中荷载作用点处，形成所谓的临界斜裂缝，将梁劈裂为两部分而破坏，同时，沿纵筋往往伴随产生水平撕裂裂缝.xHAQX74J0X剪压破坏：破坏特点：首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜裂缝，其中一条延伸最长、开展较宽的裂缝成为临界斜裂缝；临界斜裂缝向荷载作用点延伸，使混凝土受压区高度不断减小，导致剪压区混凝土达到复合应力状态下的极限强度而破坏.LDAYtRyKfE斜压破坏：破坏特征：在梁腹中垂直于主拉应力方向，先后出现若干条大致相互平行的腹剪斜裂缝，梁的腹部被分割成若干斜向的受压短柱.随着荷载的增大，混凝土短柱沿斜向最终被压酥破坏.11塑性铰与理想铰的区别1）理想铰不能承受任何弯矩，而塑性铰则能承受一定的弯矩2）理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度3）理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性铰则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向作有限的转动.Zzz6ZB2Ltk12影响无腹筋梁斜截面受剪承载力的主要因素1剪跨比2）混凝土强度<3）加载方式<4）纵筋配筋率<5截面形式<6）尺寸效应77）梁的连续性13简述纯扭构件的破坏形态1）适筋破坏：箍筋和纵筋配置都合适与临界<斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性dvzfvkwMI12）少筋破坏：当配筋数量过少时一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，构件随即破坏.与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征rqyn14ZNXI3）超筋破坏：箍筋和纵筋配置都过大在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏.与受弯超筋梁类似4）部分超筋破坏：箍筋和受扭纵筋两部分配置不协调延性破坏，混凝土直接压碎，受拉钢筋未屈服、脆性破坏.25.等效矩形荷载的确定原则是什么？混凝土应力力合力相等，合力作用的位置不变26.什么叫截面相对界限受压区高度？它在承载力计算中的作用是什么？纵向受拉钢筋屈服的同时混凝土被压碎时的混凝土受压区高度与截面有效高度的比值，用来衡量纵向受拉钢筋是否超筋.EmxvxOtOco27.矩开截面受弯构件在什么情况下，采用双筋截面？其正截面承载力计算公式的适用条件有哪些？截面尺寸受限，弯矩却较大28.在双筋梁正截面受变承载力计算中，当sA已知时，应如何计算As？在计算As如发现x＞0hbξ应如何处置？如果x＜'sa2，应如何处置？按基本公式计算；超筋，应按'sA未知重新计算；取'=sax2进行计算SixE2yXPq529.钢筋混凝土梁中为什么会出现斜裂缝？它将沿着怎样的途径发展？钢筋混凝土梁在承受弯矩的同时承受剪力.6ewMyirQFL30.试扼要说明箍筋对提高斜截面受剪承载力的作用？与斜裂缝斜交，箍筋部分分力在主拉应力方向.31.梁中为什么要控制箍筋的最小配筋率？防止产生斜拉破坏.32.有腹筋截面受剪承载力计算公式有什么限制条件？其意义如何？上、下限<截面尺寸条件和最小配箍率）33.无腹筋梁在斜裂缝形成后的应力状态有何变化？由剪压区混凝土主要承受剪力34.钢筋伸入支座的锚固长度有哪些要求？规范构造要求.35受扭构件中不否可以配置纵向钢筋而不配置箍筋，或只配箍筋而不配置纵向钢筋？不能仅配置纵向钢筋；也不能仅配置箍筋.受扭构件的抗扭钢筋由纵筋和箍筋两部分组成，两者的配筋率应相匹配，否则在构件受扭破坏时不能都达到屈服，引起纵筋或箍筋某一样钢筋的浪费.kavU42VRUs36.为什么要确定受扭构件的截面限制条件？受扭钢筋有哪些特殊的要求？为保证弯剪扭构件在破坏时混凝土不首先破坏，<超筋破坏）.y6v3ALoS8937.在设计钢筋混凝土受扭构件时，怎样才能避免出现少筋构件和完全超筋构件.为避免超筋，应符合以下条件：bhw当≤4时，tWTbhV8.00+≤0.25ccfβbhw当＞6时，tWTbhV8.00+≤0.2ccfβ当4＜bhw＜6时，按线性内插法确定为避免少筋破坏，要配箍率bsAsvsv=ρ≥yvtsvff28.0min,=ρM2ub6vSTnP扭纵筋配筋率bhAstlst=ρ≥ytstffVT60min=ρ38.偏心受压构件正截面有哪些两种破坏类型？这两种破坏类型的判别条件是怎样的？大偏压截面应力计算图形如何？0YujCfmUCw大偏心受压、小偏心受压破坏两种破坏形式；ξ≤bξ为大偏心受压，ξ＞bξ小偏心受压.39.心受压构件的受拉破坏<大偏心受压）和受压破坏<小偏心受压）的破坏特征有何共同点和不同点.共同点：受压钢筋都屈服，混凝土被压碎；不同点：远离轴向力一侧的钢筋是否能受拉屈服，破坏性质是延性的还是脆性的.40.对称配筋矩形截面偏心受压构件的N-M相关曲线是怎样导出的？它可以用来说明哪推导略；可以用来说明在一组弯矩、剪力作用下的大小偏心判别，可以说明多组内力哪一组是最不利的等问题.41.附加偏心距ea物理意义是什么？附加偏心距是考虑荷载作用位置的不定性、混凝土质量的不均匀性和施工误差等因素的综合影响.42在计算小偏心受压构件时，若sA和'sA均未知，为什么一般可取sA等于最小配筋量？在什么情况下sA可能超过最配筋量？如何计算sA始终达不到屈服，故可按最小配筋率配置；当偏心距很小，全截面受压,sA有可能达到受压屈服.eUts8ZQVRd43试说明为什么大、小偏心受拉力构件的区分只与轴向力的作用位置有关，与配筋率无关？偏心受拉构件混凝土不参与受拉工作，轴向力在sA合力与'sA合力作用点之间，为小偏心受拉，两种钢筋均受拉，轴向力在sA合力与'sA合力作用点之外，则某一种钢筋受拉，另一种钢筋受压，为大偏心构件.sQsAEJkW5T44.试说明当构件的截面尺寸、配筋、材料强度和轴向力的偏心距eo均为已知时，截面受拉承载力N的验算步骤.截面几何尺寸计算；大小偏心的判别；承载力uN的计算；判别结构是否安全.45.何谓截面的抗弯刚度？钢筋混凝土梁与匀质弹性材料梁的抗弯刚度有何同？截面抵抗弯曲变形的能力；变量与常量关系.46.为什么说钢筋混凝土梁的刚度是变数？什么是钢筋混凝土梁的最小刚度？混凝土开裂，截面尺寸发生变化；在简支梁全跨范围内，可按弯矩最大处的截面弯曲刚度，亦即按最小的截面弯曲刚度.47.什么是短期刚度B长期刚度B1？计算挠度时为什么要采用长期刚度B1？荷载标准组合受弯构件抵抗弯曲变形的能力称为短期刚度；长期荷载组合受弯构件抵抗弯曲变形的能力称为短期刚度.48.平均裂缝宽度和最大裂缝宽度是怎么确定的？在确定最大裂缝宽度时主要考虑了哪些因素？平均裂缝宽度等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值；最大裂缝宽度是平均裂缝宽度乘以扩大系数；主要考虑：一是在一定荷载标准组合下裂缝宽度的不均匀性，二是在长期荷载作用下，混凝土进一步的收缩和徐变等导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作.49试分析纵筋配率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响？在一定范围内影响较大.50为什么预应力混凝土构件所用的混凝土和钢筋都要求有较高的强度？形成有效预压应力.51.与普通钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件的主要优点有哪些？提高构件抗裂度和刚度，节约钢筋，减轻自重等.52.预应力损失有哪些？它们是如何产生的？采取什么措施可以减小这些损失？53.什么是控制应力σcon ?为什么σcon 取值不能过高过低？为什么σcon 与施加预应力的方法和钢筋种类有关？GMsIasNXkA预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值；过低达不到预压效果，过高会使构件延性降低，某些部位造成局部破坏.TIrRGchYzg54.构件换算截面面积AO和构件净截面面积An各自有何物理意义？为什么先张法预应力混凝土构件作用A0 计算施工过程各阶段的混凝土预应力σpc？而后张法构件又是An 来计算σpc? 0A是混凝土截面、预应力钢筋换算截面、非预应力钢筋换算截面之和；nA是0A 是混凝土截面、非预应力钢筋换算截面之和；先张法预应力钢筋的回缩引起其预应力的损失，后张法没有这种损失.7EqZcWLZNX填空题1.混凝土在长期不变荷载作用下将产生徐变变形，混凝土随水蒸发将产生收缩变形.2.当钢筋混凝土构件收缩内部钢筋约束时，会在钢筋中产生压应力，混凝土中产生拉应力.3.混凝土的强度指标通过实验测出的有：立方体拉压强度的标准值，轴心抗压强度标准值，轴心抗拉强度标准值4.工地上检验有明显流幅钢筋力学性能是否合格的的指标是：屈服强度；伸长率；冷弯性能；极限强度.5.预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40 .6.钢筋与混凝土的粘结力主要由摩阻力；化学胶结力；机械咬合力.7.钢筋冷加工的方法冷拉；冷拔.8.常用的测定混凝土抗拉度的方法有两种，是劈裂实验和直接轴心受拉.9.混凝土一次加载下的应力变曲线最高点以内卸去荷载，其应变值分成三部分：残余变形，御载后瞬时恢复的变形，卸载后的弹性后效lzq7IGf02E10.由混凝土应力应变的下降段可知：混凝土强度越高，残余应力相对的越高.这说明高强度混凝土耐受变形的能力越小.11.建筑结构的可靠性包括安全性、适用性、耐久性.12.建筑结构正常使用极限状态或构件在达到正常使用或耐久性能中各项规定限度的总和.13.结构上的作用按其随时间的变异性，可分为永久荷载、偶然荷载、可变荷载.14.影响结构抗力的主要影响因素有材料性能，构件几何参数和抗力的计算模.15.荷载的准永久值是对可变荷载持续稳定性的一种描述.16.抗力计算模式的不定性是指对抗力实际能力估计的不精确性引起的变异性.17.梁、板正截面受弯承载力计算M≤Mu,式中M是弯矩设计值，它是由外荷载所产生的内力设计值；Mu是极限弯矩，它是结构本身所产生的抗力.18.混凝土保护层有三个用途：防止纵筋锈蚀、在火灾等情况下使钢筋的温度上升缓慢，使纵筋与混凝土有较好的粘结19.双筋梁正截面设计时：当A与A's均未知时，需补充的条件是ξ=ξB，此条件的出发点是充分利用混凝土强度，减少钢材的用量.20.受弯构件P≥Pmin是为了防止少筋破坏，Pmax≥P是为了防止超筋破.21.适筋截面破坏形态是钢筋屈服，混凝土的压碎，属于塑性破坏类型.超筋截面破坏形态是混凝土压碎时钢筋未达屈服，属于脆性破坏，少筋截面破坏形态是构件一开裂钢筋即达到屈服属于脆性破坏类型.22.等效矩形应力图形的等效原则是混凝土应力力合力相等，合力作用的位置不变23.单筋矩形截面受弯计算基本公式的适用条件为maxρρ＜、 minρρ≥24.双筋矩形截面中，受压钢筋的作用有形成钢筋骨架，承受弯矩25、适筋梁的三个受力阶段是计算受弯构件的依据：其中受弯构件正截面抗裂验算的依据是第Ⅰ阶段，第Ⅱ阶段是变形和裂缝宽度验算的依据；第Ⅲ阶段是，正截面受弯承载力的依据.zvpgeqJ1hk 26.双筋截面的受弯承载力Mu可以看成是由两部分组成的：其一是由.受压钢筋与部分受拉钢筋形成的力偶，其受弯承载力为Mu1；其二是由受压混凝土与部分受拉钢筋形成的力偶，其受弯承载力为Mu2.27纵向钢筋对梁抗剪的主要作用有两个销栓作用，限制开张28.受弯构件箍筋的配箍率ρsv= .bsAsv.29.斜拉破坏多发生在腹筋配置太少，且其剪跨比较大的情况.30.在计算钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力时，其斜截面的计算位置应取下各处截面即支座边缘处，弯起钢筋弯起点处受拉区箍筋数量与间距改变处的截面、腹板宽度改变处的截面.NrpoJac3v131.影响有腹筋受剪承载力的主要因素包括剪跨比，混凝土强度，箍筋配筋率，纵筋配筋率32.为了满足梁截面受弯承载力的要求，弯起点必须距该钢筋的充分利用点至少有0.5h0的距离.3.在钢筋混凝土构件中，通常采用纵筋钢筋和箍筋组成的空间骨架来提高构件块的抗扭承载力.34.在钢筋混凝土结构中，常会遇到一些承受扭矩的构件，例如框架边梁和雨篷梁35.受扭承载力降低系数βt，必须满0.5≤tβ≤1.0，当时，取βt=0.5，当tβ＞0.1，取βt=1.0.1nowfTG4KI36.为了不出现超筋破坏，《规范》要求tWTbhV+0不超过tf7.0，当其不超过tf7.0时，可不必进行计算而按构造要求进行配筋.37.钢筋混凝土大、小偏心受压构件的界限条件是：当受拉钢筋应力达到屈服强度的同时，受压混凝土的边缘压应变也达到其极限压应变.38.大偏心受压构件的破坏特征是远离轴向一侧的钢筋先受拉屈服39.对称配筋的矩形截面偏心受压柱，大小偏心是根据轴向力的大小不一而判别的，大偏心受压的条件应是ieη＞min,ibe且N≤bN.40.轴心受压构件的纵向弯曲系数ϕ随构件的长细比增大而减小.41.偏心受压构件的承载计算公式中的η称为偏心距增大系数.42.偏心受压构件承载力计算公式的适用条件是：当靠近轴向力一侧混凝土先压碎时，必须满足ξ＞bξ各'sA≥0.002bh .fjnFLDa5Zo43.矩形截面柱的尺寸不宜小于250mm×250mm，常取bl08～30 .44.轴心受压柱的破坏形式有材料破坏和失稳破坏两种：短柱和破坏属于材料破坏；细长柱的破坏属于失稳破坏.45.当x＜2'sa时，x= 2'sa，其出发点是为了混凝土压力合力与钢筋合力重合.46.不论sA≠'sA或sA='sA，复核截面时，有两种情况，即和ξ≤bξ，ξ＞bξ.47.矩形截面大小偏心受拉构件的界限sah-2，大偏拉是存在受压区，小偏拉时不存在受压区，对称配筋大偏拉时，A's受压不屈服，小偏拉时，'sA 受拉屈服.48.混凝土偏心受拉构件，靠近偏心拉力N的钢筋面积为As 离N较远的钢筋面积为sA49.计算小偏心受拉构件，在一般情况下，对A及'sA钢筋强度设计值取为相等，而大偏心受拉构件承载力计算时，对A及'sA的强度实际值应分别取为tfnNhnE6e5抗拉强度设计值，抗压强度设计值.50.轴心受拉构件承载离公式为N≤syAf.51.钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度和挠度是以混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段的应力状态为计算依据的.52.受弯构件的挠度，在长期荷载作用下将会时间而增大.着主要是由于徐变影响造成的.53.裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数ψ越大，受弯构件的抗弯刚度越小，而混凝土参与受拉工作的程度越小.钢筋混凝土梁截面抗弯刚度随弯矩增大而减小.HbmVN777sL54.55.弹性匀质材料的M-φ关系成正比，当梁的材料和截面尺寸确定后，截面弯抗刚度EI是常量，钢筋混凝土梁，开裂后梁的M-关系是φ增长较M增长快，其刚度不是固定值，而是随弯矩而变化的值. ，M 小B大 M大B 小.V7l4jRB8Hs56.减小裂缝宽度最有效的措施是增大纵筋配筋率.57.变形和裂缝宽度控制属于正常使用极限状态.应在构件的承载力得到保证的前提下，再验算构件的变形或裂缝宽度.验算时荷载采用标准值，材料强度采用设计值.83lcPA59W958.平均裂缝宽度位置取受拉钢筋形心处.59.施加预应力时，混凝土的强度不应大于混凝土强度设计值的 70% mZkklkzaaP60.张拉控制应力与钢筋种类有关，冷拉热轧钢筋与钢丝和钢铰线相比，其控制应力可以定得高些，控制应力还与张拉方法有关，后张法的控制应力可以比先张法构件的低61.引起预应力损失的因素有六种，其中混凝土收缩徐变引起的预应力损失为最大.62.超张拉是指超过钢筋张拉控制应力的张拉方法.63.对构件施加预应力能延迟裂缝的出现，提高构件的刚度和开裂度.64.先张法预应力构件是靠粘结力来传递预应力的，而后张法是靠锚具来保持预应力的65.先张法的生产工艺比较简单，适合工厂成批生产直线型中小型构件，后张法工序较繁琐，适用于大型构件的现场制作.AVktR43bpw66.预应力钢筋的张拉控制应力σcon主要与钢筋类别和张拉力有关.67.预应力混凝土构件轴心受拉构件的载力计算，应满足式N≤Nu= ppysyAfAf 的要求. 68.后张法构件，预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失，两端张拉时的摩擦损失比一端张拉时的摩擦损失小ORjBnOwcEd.申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。
第六章--钢结构的正常使用极限状态
第六章 钢结构的正常使用极限状态
第三节 梁和桁架的变形限制
梁和承受横向荷载的桁架从总体受力上讲都属于受
弯构件，受弯构件的正常使用极限状态是指其出现过大
的弯曲变形。
为了满足正常使用的要求，设计时必须保证梁和桁
架的挠度不超规范所规定的容许挠度。
式中：
vmax≤[v]
vmax ――梁的最大挠度，计算时荷载取标准值， 计算公式见表6-3
－
表6-1受压构件的容许长细比
项次 1
构件名称 柱、桁架和天窗架中的杆件 柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
容许长细比 150
支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）
2
200
用以减少受压构件长细比的杆件
第六章 钢结构的正常使用极限状态
说明：①在上式中压杆的计算长度按第5章所述的原则 和方法确定，拉杆的计算长度则一律取其几何长度，即 节点之间的距离。 ②容许长细比通常由有关规范给出。一般而言，压杆由 于对几何缺陷的影响较为敏感，所以对它的长细比要求 较拉杆严格的多。承受静力荷载的拉杆，可仅限制其在 竖向平面内的长细比，以防止在自重作用下显著下垂。 而承受直接动力荷载的拉杆因刚度过弱时会产生剧烈晃 动，故其容许长细比比承受静力荷载的拉杆要小，并且 两个方向同样对待。 ③对于张紧的圆钢拉杆，因变形极微，所以不再限制长 细比。
Hc/1250 Hc/2500
Hc/4000
Hc/2000 －
－
第六章 钢结构的正常使用极限状态
二、多层及高层框架
多层及高层框架结构的变形限制须考虑两方面的内容:
限制结构顶点位置的侧移量
限制层间侧移量
对于多层及高层框架结构在风荷载标准值作用下，
结构的可靠度和极限状态方程
能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该
功能的极限状态。极限状态实质上是区分结构可靠与
失效的界限。
极限状态分为两类：
承载能力极限状态
—— 安全性
正常使用极限状态 —— 适用性、耐久性
通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据 使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。
抗力R均符合正态分布，
bz
因此结构的功能函数也
符合正态分布。如图：
Pf
结构功能函数 Z = R - S
Pf =P (S >R) =P(Z< 0)
z
Z=R- S
z Z 的平均值 z Z 的标准差
Pf
b
Z Z
R S
2 R
2 S
13
4 结构构件的可靠指标(reliability index)
Pf
2
第三章 结构设计方法
• 钢筋混凝土简支梁极限状态
表 4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
结构的功能
可靠
极限状态
失效
安全性 受弯承载力 适用性 挠度变形
M < Mu f < [f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
★永久荷载G ★可变荷载Q
S CG G CQ1 Q1 ★偶然荷载（作用）
◆实际作用在结构上的荷载大小具有不定性，应当按随机变量， 采用数理统计的方法加以处理。这样确定的荷载是具有一定 概率的最大荷载值，该值称为荷载标准值（符号Gk，Qik）。
第六章 钢结构的正常使用极限状态
第6章钢结构的正常使用极限状态6.1常使用极限状态的特点正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定，当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：1）影响正常使用或外观的变形；2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏(包括裂缝)3）影响正常使用或耐久性能的振动4）影响正常使用或耐久性能的其它特定状态。
正常使用极限状态可以理解为适用性极限状态，常见的适用性问题有以下七类：1）由荷载、温度变化、潮湿、收缩和徐变引起的非结构构件的局部损坏（如顶棚、隔墙、墙、窗）；2）荷载产生的挠度防碍家具或设备（如电梯）的正常使用功能；3）明显的挠度使居住者感到不安；4）由剧烈的自然现象（如飓风、龙卷风）造成的非结构构件彻底损坏；5）结构因时效和服役而退化（如地下停车场结构因防水层破坏而损坏）；6）建筑物因活荷载、风荷载、或地震荷载造成的运动，导致居住者身体或心理上不舒适感；7）使用荷载下的连续变形（如高强螺栓滑移）。
长期以来，正常使用极限状态不如承载极限状态那样受到重视，认为只不过是适当限制一下挠度和侧移。
随着结构材料强度的提高和构件的轻型化（包括围护结构和非承重结构构件），情况已经有所改变，研究工作日趋活跃，包括分析正常使用极限状态的可靠指标取值问题。
不过我国的设计规范和规程中仍然只有变形和振动限制两个方面。
6.2拉杆、压杆的刚度要求1. 轴心受力构件刚度验算按照结构的使用要求，钢结构的轴心拉杆、轴心压杆以及拉弯构件都不应过分柔弱而应该具有必要的刚度，保证构件不产生过度的变形。
这种变形可能因其自重而产生，也可能在运输或安装构件的过程中产生。
承受轴线拉力或压力的构件其刚度用长细比控制，即：λmax=(L0/i) max≤[λ]式中λmax——杆件的最大长细比L0——杆件的计算长度I —截面的回转半径[λ]—容许长细比2.轴心受力构件长容许细比规定一般而言，压杆由于对几何缺陷的影响较为敏感，所以对它的长细比要求较拉杆严格得多。
混凝土结构设计原理极限状态精品PPT课件
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax<[wmax] wmax=[wmax] wmax>[wmax]
极限状态
承载力能力极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 ◆ 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） ◆ 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） ◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用 ◆ 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） ◆ 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）
S < R 可靠 S = R 极限状态
S > R 失效 S——荷载效应
结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、
收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩M、轴力N、剪 力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等）
S = S(Q)
结构力学的主要内容
内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩 变形：挠度、转角、裂缝
极限状态
■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国 家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■ 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是 国家法律。
■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和 情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的 可靠度。
■ 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考 虑维修，损失及修复的费用
极限状态
1.3 结构功能的极限状态
◆ 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠” 的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 ◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态”
表4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
钢结构的正常使用极限状态
二、拉杆、压杆的刚度的要求 轴心受力构件的刚度通常用长细比来度量，长细 比是构件的计算长度l0与构件截面最小回转半径i的比 值，即λ=l0/i，λ愈小，表示件刚度愈大，反之则刚 度愈小。长细比过大会使构件在使用过程中由于自重 产生弯曲变形，在动力荷载作用下会产生振幅较大的 振动，在运输和安装过程中易产生挠曲变形，因此设 计时要控制构件的长细比，使其不超过规范规定的容 许长细比[λ]。
在计算构件长细比时，
λmax = (l0 / i ) max ≤ [λ ]
三、梁和桁架的变形限制 梁必须具有一定的刚度才能有效地工作，若刚度不 足时将出现挠度过大，给人感觉不舒适和不安全；同时 还可能引起过大的振动，使某些附着物如顶棚抹灰脱 落。吊车梁若挠度过大，轴道将随之变形，可能影响吊 车的正常运行。因此对梁的最大挠度vmax或最大相对挠 度vmax/ l, 应加以限制，即应符合下式要求：
Hale Waihona Puke 对于多层及高层框架结构在风荷载标准值作用 下，当不考虑地震作用时，顶点质心的侧移要求不超 过建筑总高的1/500，质心层间位移要求不超过楼层高 度的1/400。对于考虑地震作用的，在第一阶段抗震设 计时，其层间侧移标准值要求不超过楼层高度的 1/250。在第二阶段抗震设计时，其层间侧移标准值要 求不超过楼层高度的1/70。此值允许塑性在结构中有一 定程度的发展，但保证不致发生倒塌。
第六章
钢结构的正常使用极限状态
一、正常使用极限状态 结构或构件虽然能够保持一定的承载能力，但在正 常荷载作用下长生的变形使结构或构件已不能满足正常使 用的要求（静力作用产生的过大变形和动力作用产生的剧 烈振动等）。不发生过大变形、振动、裂缝。
结构出现下列情况之一即认为超过了正常使用极限状态： 1、过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不 能正常使用（吊车）等）； 2、过大的振动（不舒适）； 3、其他正常使用要求。（侵蚀介质造成的耐久性破坏） 通常是按承载能力极限状态设计结构构件，再按正常 使用极限状态进行校核。
结构的功能要求和极限状态
结构的功能要求和极限状态1、安全性2、适用性：注意不是实用性可靠性3、耐久性1、承载力极限状态极限状态2、正常使用极限状态压杆稳定的基本概念1、受压杆件要满足稳定的要求。
2、临界力：临界力的大小与四个因素有关：压杆的材料(E)，压杆的截面形状和大小(I)，压杆的长度(L)，压杆的支撑情况(n) 3、当柱一端固定一端自由，n=2；两端固定，n=0.5；一端固定一端铰支，n=0.7；两端铰支，n=1。
混凝土结构裂缝控制的三个等级1、构件不出现拉应力2、构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度3、允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值抗震设防的“三个水准”1、小震不坏：遭受低于本地区抗震设防烈度，不受损坏或不需修理。
2、中震可修：相当于本地区抗震设防烈度，可能损坏，经一般修理或者不需修理仍可继续使用。
3、大震不倒：遭受高于本地区抗震设防烈度，不会倒塌或发生危及生命的严重破坏。
多层砌体房屋的构造措施1、设置钢筋混凝土构造柱2、设置钢筋混凝土圈梁与构造柱连接起来3、加强墙体的连接4、加强楼梯间的整体性梁斜截面破坏的措施1、限制梁的截面最小尺寸；2、适当配置箍筋；3、适当配置弯起钢筋。
砌体房屋结构的主要构造要求1、伸缩缝：将房屋分成若干个单元，使每个单元的长度限制在一定范围内，基础可不分开。
2、沉降缝：基础必须分开。
3、圈梁：连续设在同一水平面上，形成封闭状。
宽度与墙厚相同，当墙厚h ≥240mm时，其宽度不宜小于2h/3。
高度不应小于120mm。
楼梯的空间尺寸要求1、住宅套内楼梯的梯段净宽，当一边临空时，不应小于0.75m；当两侧有墙时，不应小于0.9m。
套内楼梯的踏步宽度不应小于0.22m，高度不应小于0.20m。
2、楼梯踏步的宽度b和高度h的关系：2h+b=600～620mm。
3、楼梯平台上部与下部过道处的净高不应小于2m，梯段净高不应小于2.2m。
4、室内楼梯扶手高度自踏步前缘线量起不宜小于0.9m。
第六章正常使用极限状态
五、振动的限制
《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98） 对压型钢板组合楼板的振动采用限制其自振频率的 方法。自振频率可按下式计算：
f 1/(0.18 w) 15Hz
W——永久荷பைடு நூலகம்产生的挠度，cm。
vmax [v] vmax [v]
ll
梁的刚度属于正常使用极限状态，故计算时应采用 正常使用荷载，即取荷载标准值，不乘荷载分项系数， 且可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。对动力荷载标准值 不乘动力系数。
四、钢框架的变形限制
单层厂房的横向框架其柱脚可与基础刚接或铰接， 而柱顶与屋架的连接一般都用刚接。钢框架的变形限 制主要是柱顶侧移。
在计算构件长细比时， max (l0 / i)max []
三、梁和桁架的变形限制
梁必须具有一定的刚度才能有效地工作，若刚度不 足时将出现挠度过大，给人感觉不舒适和不安全；同时 还可能引起过大的振动，使某些附着物如顶棚抹灰脱落。 吊车梁若挠度过大，轴道将随之变形，可能影响吊车的 正常运行。因此对梁的最大挠度vmax或最大相对挠度 vmax/ l, 应加以限制，即应符合下式要求：
第六章 钢结构的正常使用极限状态
一、正常使用极限状态 结构或构件虽然能够保持一定的承载能力，但在正
常荷载作用下长生的变形使结构或构件已不能满足正常使 用的要求（静力作用产生的过大变形和动力作用产生的剧 烈振动等）。不发生过大变形、振动、裂缝。
结构出现下列情况之一即认为超过了正常使用极限状态： 1、过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、
不能正常使用（吊车）等）； 2、过大的振动（不舒适）； 3、其他正常使用要求。（侵蚀介质造成的耐久性破坏）
通常是按承载能力极限状态设计结构构件，再按正常 使用极限状态进行校核。
第二章 结构按极限状态法设计原则
γ
Rc
c
,
γ
Rs
s
)
二、正常使用极限状计算原则 设计计算理论基础：弹性理论或弹性性理论。 设计计算理论基础：弹性理论或弹性性理论 。 正常使用极限状态的计算主要进行下列三个 方面的验算： 1．限制应力 σd ≤σ2 2．短期荷载下的变形 fd ≤ fc 3．各种荷载组合作用下的裂缝宽度
σd ≤σc
4 结构的失效概率与可靠指标 （1）作用 作用是指结构产生内力、变形、应力、 应变的所有原因。 ①直接作用 系指施加在结构上的集中荷载和 分布荷载。 ②间接作用 指引起结构外加变形和约束变形 的因素。如地震，基础沉降，混凝土收缩，温度 变化等。
（2）作用效应（s） 作用作用于结构构件 ）作用效应（s 上，在结构内产生的内力和变形。 (3) 结构抗力（R） 指结构构件承受内力 结构抗力（R 和变形的能力。 （4）结构极限状态方程 Z=g(R,S)=R-S=0 Z=g(R,S)=R-
第三节 材料的设计强度与荷载效应组合
一、材料的设计强度 1．钢筋的设计强度
b Rg = σ s度 棱柱体抗压强度平均值 与立方体抗压强度平均值近似为：
Ra = 0.7 R
（2）混凝土的抗拉强度
Rl = 0.232 R 2 / 3
二、荷载效应组合
（一）荷载的分类 1 ． 永久荷载：在设计使用期内 ， 其值不随时间 永久荷载：在设计使用期内， 变化， 或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载 。 变化 ， 或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。 2 ． 可变荷载：在设计使用期内 ， 其值随时间变 可变荷载：在设计使用期内， 化 ， 且其变化与平均值相比不可忽略的荷载 。 按 且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。 其对桥函结构的影响程度， 其对桥函结构的影响程度 ， 又分为基本可变荷载 （活载）和其它可变荷载。 活载）和其它可变荷载。 3. 偶然荷载：在设计使用期内， 不一定出现， 偶然荷载：在设计使用期内 ， 不一定出现 ， 但一旦出现， 但一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载
第二章结构按极限状态法设计计算的
第二章结构按极限状态法设计计算的第二章：结构按极限状态法设计计算引言：结构设计是指根据一定的设计标准和规范，确定结构的尺寸、形状、布置和材料等参数，以满足结构的使用功能和安全性能。
按照结构设计的方法可以分为多种方法，其中一种重要的方法就是极限状态法。
极限状态法是结构设计的一种常用方法，其主要思想是在结构受力下达到一定的强度和刚度极限，以保证结构在使用寿命内不发生失效。
一、极限状态法的概念及应用极限状态法是一种结构设计和验算的方法，它主要通过设定一组设计基本组合，使结构在不同荷载工况下，达到不同的极限状态。
常见的极限状态包括承载力极限状态和使用极限状态。
承载力极限状态是指结构在承受设计荷载时不达到破坏或不满足规范要求的状态。
使用极限状态是在结构承受设计荷载时保证结构具有足够的刚度和稳定性的状态。
极限状态法的应用十分广泛，可以用于各类工程结构的设计和验算。
例如，在建筑领域，可以利用极限状态法进行楼房、桥梁、隧道等结构的设计和验算。
在机械工程中，可以应用于机械设备的设计和验算。
此外，在船舶、飞机、汽车等领域也可以采用极限状态法进行结构设计。
二、极限状态法的设计计算流程极限状态法的设计计算流程主要包括以下几个步骤：1.确定设计荷载：首先需要根据所设计的结构的使用功能和要求，确定结构所承受的设计荷载，包括静力荷载、动力荷载和温度荷载等。
2.计算设计荷载效应：针对确定的设计荷载，在结构中计算各个构件的受力效应，包括轴力、弯矩、剪力和位移等。
3.选择设计基本组合：根据结构的不同工作状态，在不同的荷载组合下进行设计。
设计基本组合是根据不同荷载的作用时机和性质，经过科学分析和统计得出的一组合理的组合。
4.计算承载力极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行承载力验算，以保证结构在受力状态下不发生破坏或失效。
5.计算使用极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行使用性能验算，包括结构的刚度、稳定性和振动等性能。
钢筋混凝土结构的设计方法—承载能力极限状态
荷载效应组合
结构功能函数与结构状态
可靠度分析中，结构的极限状态一般用功能函数描绘。当有n个随机
变量(X1,X2,…..Xn)影响结构的可靠度时，结构的功能函数可表示为
Z Z ( X 1 , X 2 ,......, X n )
若功能函数中仅包括结构抗力R和作用（或荷载）综合效应S两个基本变量，
等。
何为作用效应？
结构的失效概率
作用效应
——结构对所受作用的反应：结构或者构件的内力、变形等。
P
P
P
P/2
PL/4
弯矩图
剪力图
P/2
结构的失效概率
2.失效与失效概率
❖
失 效——指结构或结构的一部分不能满足设计所规定某一功能要求，
即达到或超过了承载能力极限状态或正常使用极限状态中的某一限值。
❖
失效概率——作用效应S和结构抗力R都是随机变量或随机过程，因
约束变形的原因，它分为直接作用和间接作用。
结构的失效概率
两类作用
作用
直接作用
施加在结构上的荷载，如结构自
重、汽车荷载等。
间接作用
引起结构约束变形和外
加变形的原因
结构的失效概率
约束变形
外加变形
结构材料发生收
强迫结构产
缩或膨胀等变化
生变形。基
，结构在支座或
础的不均匀
节点的约束下间
沉降，地震
接产生的变形。
此要绝对地保证R总是大于S是不可能的。可能出现R小于S的情况，
这种可能性的大小用概率来表示就是失效概率。
结构的失效概率
可靠概率 p s 1 p f ， p f 为失效概率。
R，S的概率密度分布曲线
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1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
影响正常使用或外观的变形
局部损坏
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
振动
其他特定状态
本章结束!
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工极限状态 ultimate limit states 过度变形
构件强度破坏
构件连接破坏
作为刚体失去平衡
转变为机动体系
丧失稳定
连续倒塌
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）： 1.14 承载能力极限状态 ultimate limit states
疲劳破坏点
地基丧失承载力而破坏
疲劳破坏
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，并应符合下列要求： 2 正常使用极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1)影响正常使用或外观的变形； 2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 3)影响正常使用的振动； 4)影响正常使用的其他特定状态（如基础产生不均匀沉降过大）。
结构的极限状态
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）： 1．13 极限状态limit states 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定 状态为该功能的极限状态。
2．1．1 极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，…
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）： 1.14 承载能力极限状态 ultimate limit states 对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态。
0 S R
1．1 极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，并应符合下列要求： 1 承载能力极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 1)结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载； 2)整个结构或其一部分作为刚体失去平衡； 3)结构转变为机动体系； 4)结构或结构构件丧失稳定； 5)结构因局部破坏而发生连续倒塌； 6)地基丧失承载力而破坏； 7)结构或结构构件的疲劳破坏。